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Catégorie : Soutenances de thèse et de HDR

Vendredi 8 Septembre 2017 : Soutenance de thèse de Marion Lavanant : "Retournement de l'aimantation dans des jonctions tunnels magnétiques par effet de transfert de spin"

Marion Lavanant, Doctorante au sein de l'équipe "Electronique de spin et nanomagnétisme" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Retournement de l'aimantation dans des jonctions tunnels magnétiques par effet de transfert de spin"

 

Date et lieu :
Vendredi 8 Septembre 2017 à 14h00
Faculté des Sciences et Technologies
Vandoeuvre-lès-Nancy
Amphithéâtre 7

 

Composition du jury :

Directeur de thèse :

- M. Stéphane MANGIN,
Université de Lorraine, Institut Jean Lamour

Co-Directeur de thèse :

- M. Sébastien PETIT-WATELOT
Université de Lorraine

Examinateurs :

- Mme. Anne BERNAND-MONTEL
Institut Néel

- M. Grégoire DE LOUBENS
SPEC

Rapporteurs :

- Mme Claire BARADUC
SPINTEC

- M. Dafiné RAVELOSONA
Université Paris-Sud

Invités :

- M. Andrew D. KENT
NYU 
- M. Vitaliy LOMAKIN

UCSD

- M. Renaud PRESBERG
Vinci Technologies, Directeur industriel

 

Résumé :
Les mémoires non-volatiles magnétiques à effet de couple de transfert de spin - STT-MRAM sont un nouveau type de mémoire pouvant remplacer les mémoires DRAM ou SRAM. Chaque point de mémoire STT-MRAM est une jonction tunnel magnétique sous forme d’un pilier de taille nanométrique, composée de deux couches magnétiques séparées par une barrière d'oxyde. L'empilement multicouche doit être élaboré sous ultravide par épitaxie par faisceau moléculaire (M.B.E.) ou par pulvérisation cathodique (P.V.D.). Ces méthodes d’élaboration sont développées par la société Vinci Technologies (finançant ce travail de thèse par une bourse CIFRE).
L’amplitude de la magnétorésistance tunnel, utilisée pour lire les informations stockées dans la mémoire, dépend de l'orientation relative des aimantations des deux couches magnétiques. Par ailleurs, l'écriture de l’information dans le dispositif est obtenue grâce à l'effet de couple de transfert de spin, qui permet la manipulation de l’aimantation en utilisant un courant polarisé. Enfin, la stabilité thermique du dispositif est donnée par la barrière en énergie séparant les deux orientations d'aimantation (vers le haut et vers le bas dans le cas d'un dispositif perpendiculaire). Pour que les STT-MRAM soient une technologie compétitive, la tension critique nécessaire au retournement de l’aimantation (tension d'écriture) ainsi que le temps de retournement doivent être réduits, tandis que la stabilité thermique doit rester suffisamment élevée pour assurer la conservation de l'information. Au cours de ma thèse, en collaboration avec Vinci Technologies, les équipements nécessaires à la croissance des couches minces composant les jonctions tunnels (M.B.E. et P.V.D.) ont été optimisées. Grâce à cela, nous avons pu obtenir des couches minces avec une anisotropie perpendiculaire (hors du plan) bien caractérisée.
J'ai ensuite concentré mon étude sur les dispositifs STT-MRAM industriels (IBM et STT) présentant une aimantation perpendiculaire pour comprendre le mécanisme de retournement de l’aimantation induite par le courant. J'ai alors pu identifier les paramètres pertinents influençant la valeur de la tension de retournement et proposer des solutions pour l'abaisser tout en préservant la stabilité thermique.
Grâce à une étude concernant la probabilité de retournement d'aimantation, comparée à une modélisation macrospin et micromagnétique, j'ai mis en évidence un mécanisme de retournement variable en fonction de la configuration magnétique initiale. En effet, le champ rayonné par une couche magnétique sur une autre et la forme de la jonction tunnel ont un impact important sur la manipulation de l'aimantation.